JPH03206478A - レーザ走査型画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はレーザ走査型画像形成装置、特に多階調画像
を形成することができるレーザ走査型画像形成装置に関
する。

〔従来の技術〕

パーソナルコンピュータ，ＥＷＳ　（エンジニアリング
・ワークステーション），文書作或装置，デジタル複写
機，高速ファクシミリ等のＯＡ機器の外部あるいは内蔵
出力装置として画像形成装置がある． 上記のようなＯＡ機器すなわちホストマシンの処理速度
の向上と高画質画像の要求とに応じた画像形威装置とし
て、プリント速度と解像度に優れたレーザ走査型画像形
成装置例えばレーザプリンタ（レーザビームプリンタと
もいう）の使用が増大している。

このようなレーザプリンタは、ただ単に文字や線画（２
階調画像）を形成するだけでなく、その高解像性を利用
した面積階調法等によって写真，絵画等の多階調画像の
形成にも使用されている．すなわち、従来のレーザプリ
ンタはその画素密度（ＤＰＩ；１インチ当りの画素数）
に応じてドット径（レーザビームによるスポット径）が
決められていたため、多階調を表現する場合には面積ｒ
！調法、例えば画像をＮＸＮ個の画素からなる小マトリ
クス領域に分割し、各領域内の画素の階調データの和ま
たは平均値に応じた数のドットをまとめてプリントする
方法がとられ、その実用手段としてデイザマトリクス法
等が使用されていた．しかしながら、面積階調法はデジ
タル多階調表現であるため、マトリクス領域に含まれる
画素の数以上の多階調表現は不可能である． 例えば、マトリクス領域のサイズが４Ｘ４個であれば表
現し得る階調は工６（４ビット）階調にとどまり、８×
８個または１６Ｘ１６個であればそれぞれ６４（６ビッ
ト）階調または２５６（８ビット）階調まで表現するこ
とが出来る．説明図のような線画を主として階調を補助
にするものは４ビットＷｔｒＩ４でも十分な場合がある
が、階調を主とする絵や写真では少くとも６ビット階調
が必要であり、写真の良質な表現には７ビット以上の階
調が必要であるともいわれている。

したがって，ビット数が多く階調変化が滑らかな高階調
画像を表現するためにはマトリクスのサイズが大きくな
るから，それだけ解像度が低下するという相反する条件
が存在することになる。

一般に、新聞の写真は６８〜７５ｄｐｉ，５〜６ビット
階調といわれているが、例えば最大画素密度４８０ｄＰ
ｉでプリント出来る高解像プリンタであっても、４ビッ
ト，６ビット，８ビットの階調を表現したい場合には、
その実効画素密度がそれぞれｌ　２　０ｄｐｉ，　６　
０ｄｐｉ，　３　０ｄｐｉに低下してしまうという問題
があった． そのために、例えば画素毎に画像データ（が多階調であ
るからそ）の階調データに応じてレーザのオン時間を変
化させるＰＷＭ　（パルス幅変調または時間幅変調）、
あるいはレーザ光源の出力を変化させるＰＡＭ　（パル
ス振幅変調）等、エドットの単位でドットの長さあるい
は面積を可変にすることで解像度の低下を招くことなく
多階調表現を行なう方法が提案されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら．ＰＷＭは階調数の増大に比例して高い周
波数のクロツクを必要とするから、電気的に処理する素
子を選別使用したり回路パターンを工夫しても他回路へ
のノイズ混入が避けられず、更に，レーザスポットの主
走査方向の幅を階調数の増大に略反比例して小さくしな
ければならないから、途中における（主走査方向の）ビ
ーム径が太くなって光学系の収差をより厳しく補正する
必要がある等の光学的な問題がある。

また、ＰＡＭではアナログ処理のため、光出力の制御や
環境条件の変動に対する感光体特性の安定化に注意する
必要があることはいうまでもないが、レーザ光源の出力
変化に対するドットサイズ（面積）の変化すなわち階調
表現の幅が余り大きくとれない等の問題があった。

この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、クロ
ツク周波数の高城化を招くことなく、高画質の画像すな
わち高解像、高階調画像が得られることを目的とする． 〔課題を解決するための手段〕 この発明は、上記の目的を達或するため，画像データに
応じてレーザ光源から出力される光量変調されたレーザ
ビームをメイン偏向器により主走査方向に偏向し、相対
的に副走査方向に移動する感光体上をスポットとして走
査することにより画像を形成するレーザ走査型画像形戒
装置において、スポットが走査する感光体面の光学的共
軛位置またはその近傍に配置してレーザビームをドット
単位で高速偏向するサブ偏向素子と．そのサブ偏向素子
によるレーザビームの偏向量を画像データに応じて制御
するサブ偏向素子制御手段と、感光体面の光学的共軛位
置から離れて配置しサブ偏向素子により偏向されたレー
ザビームの断面の形状またはその光量分布をその偏向量
に応じて断面変調するビーム断面変調手段と、そのビー
ム断面変調手段により断面変調されたレーザビームが感
光体上に形戊するスポットの照度分布のピーク照度が略
一定になるようにレーザ光源の出力光量を制御するレー
ザ出力制御手段とを設けたものである．そのビーム断面
変調手段を、サブ偏向素子によるレーザビームの偏向量
に応じてその断面の一部を遮光する遮光板により構成し
てもよい．また、ビーム断面変調手段を、その配置され
た位置におけるレーザビームの有効径内でその透過率ま
たは反射率が変化するような主としてサブ偏向方向の分
布特性を有する光学フィルタまたはレフレクタにより構
成してもよい． 〔作　用〕 このように構或することにより，サブ偏向素子制御手段
により制御されたサブ偏向素子が画像データに応じてレ
ーザビームを偏向し，ビーム断面変調手段はその偏向量
に応じてレーザビーム断面の形状またはその光量分布を
断面変調するから、光の回折によってそのレーザビーム
が感光体上に形成するスポットの光量とその拡がりが変
化する．一方、レーザ出力制御手段がレーザ光源の出力
光量を制御してスポットの照度分布のピーク照度を略一
定に保つから、結果的にスポットの拡がり即ちドットサ
イズが画像データに応じて変化し感光体上に記録される
． また、サブ偏向素子は感光体面の光学的共軛位置または
その近傍に配置されているから、レーザビームが偏向さ
れてもそれによってスポットの位置が変ることはない。

なお、ビーム断面変調手段を遮光板あるいはフィルタま
たはレフレクタにより構成しても、光の回折によるスポ
ットの光量と拡がりが変化する作用は同様である。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面を参照して具体的に説明
する． なお，この明細書の中で使用する「光量」　「照度」等
の用語は、例えばレーザ光源がレーザダイオードであれ
ば不可視の赤外光を出力するので，「エレルギ量」　「
単位面積当りの照射エネルギ密度」等の意味を含むもの
とする。

第２図は、この発明の一実施例を示すレーザプリンクの
内部機構の概略構或図である．このレーザプリンタによ
れば、上下２段の給紙カセット１０ａ，１０ｂのいずれ
か、例えば上段の給紙カセット１０ａ上の用紙スタック
１１ａから給紙口ーラ１２によって用紙１１が給送され
、その用紙１１はレジストローラ対１３によってタイミ
ングをとられた後、感光体ドラム１５の転写位置へ搬送
される． メインモータ１４により矢示方向に回転駆動される感光
体ドラム１５は、帯電チャージャ１日によってその表面
が帯電され，書込ユニット２日からの変調されたスポッ
トで走査されて表面に静電潜像が形威される． この潜像は、現像ユニット１７によってトナーを付着さ
れ可視像化される． このトナー像は、レジストローラ対１３により搬送され
てきた用紙１１上に転写チャージャ１８の作用により転
写され、転写された用紙は感光体ドラム１５から分離さ
れ、搬送ベルト１日によって定着ユニット２０に送られ
、その加圧口ーラ２０ａによって定着ローラ２０ｂに圧
接され、その圧力と定着口ーラ２０ｂの温度とによって
定着される。

定着ユニット２０を出た用紙は、排紙ローラ２１によっ
てプリンタの側面に設けられた排紙トレー２２へ排出さ
れる． 感光体ドラム１５に残留しているトナーは、クリーニン
グユニット２３によって除去されて回収される． また、プリンタ内の上方には、それぞれコントローラお
よびエンジンドライバを構或するプリント回路基板２４
が搭載されている。

第３図は、このレーザプリンタの制御部の一例を示すブ
ロック図である． コントローラ３０は、メインのマイクロコンピュータ（
以下ｒＭＰｔＪ」という）３１と、そのＭＰＵ５１が必
要とするプログラム，定数データ，文字フォント等を格
納したＲＯＭ３２と、一時的なデータやドットパターン
等をメモリするＲＡＭ３３と、コマンドやデータの入出
力を制御するＩ／０３４と、そのＩ／０３４を介しＭＰ
ｔＪ３１と接続される操作パネル３５と、内部インタフ
ェース（Ｉ／Ｆ）　３Ｂとから構或され、互にデータバ
ス，アドレスバス等で接続されている．また、プリント
命令や文字データ，画像データを出力するホストマシン
ろ８も、Ｉ／０３４を介してＭＰＵ５　ｉに接続される
． エンジンドライバ４０は、サブのマイクロコンピュータ
（以下ｒ（：：ＰＵＪという）４１と、そのＣＰＵ４１
が必要とするプログラム，定数データを格納したＲＯＭ
４２と、一時的なデータをメモリするＲＡＭ４３と、デ
ータの入出力を制御するＩ／０４４とから構或され、互
にデータバス，アドレスパス等で接続されている． Ｉ／０４４は、コントローラ３口の内部インタフェース
３Ｂに接続され、コントローラ３０からビデオ信号や操
作パネル３５上の各種スイッチの状態を入力したり、画
像クロツクやペーパーエンド等のステータス信号をコン
トローラ３０へ出力する。

また，この工／０４４は、それぞれ印字手段であるプリ
ンタエンジン４５を構或する書込ユニット２日その他の
シーケンス機器群４６と、同期センサを含む各種のセン
サ類４７とも接続されている。

コントローラ３０は、ホストマシン３８からプリント命
令や文字コード，画像データを受信して、それらのコー
ド，データを編集し、文字コードならばＲｏＭ３２に記
憶している文字フォントによって画像書込みに必要なド
ットパターンに変換し，それらの文字および画像（以下
まとめて「画像」という）のドットパターンをＲＡＭ３
３内のＶＲＡＭ（ビデオＲＡＭ）領域にメモリして置く
。

多階調画像データの場合は、ドットパターンのｌドット
が数ビットから構威され，各ドット（画素）毎にその階
調データがＶＲＡＭ領域にメモリされる． エンジンドライバ４０からレディ信号と共に画像クロツ
クが入力すると，コントローラ３０はＶＲＡＭ領域内に
メモリされていたドットパターンを画像クロツクに同期
したビデオ信号として、シリアルまたはパラレルに内部
インタフェース３６を介してエンジンドライバ４０に出
力する。

エンジンドライバ４０は、コントローラ３０からのデー
タにより、プリンタエンジン４５の書込ユニット２６お
よびシーケンス機器群４６を制御したり、画像書込みに
必要なビデオ信号をコントローラ３０から入力して書込
ユニット２６に出力すると共に、同期センサその他のセ
ンサ類４７からエンジン各部の状態を示す信号を入力し
て処理したり、必要な情報やエラー信号をコントローラ
３０へ出力する． 第４図は、書込ユニット２６の一例を示す要部斜視図で
ある． この書込ユニット２６は、ＬＤ（レーザダイオード）ユ
ニット５０と、第１シリンダレンズ３，サブ偏向素子４
，第ｌミラー５′５，ビーム断面変調手段６，第２シリ
ンダレンズ７と、ディスク型モータ５４とそれにより矢
示Ａ方向に回転酩動されるポリゴンミラ−５５とからな
りメイン偏向器８である回転偏向器と，ｆθレンズ５６
，第２ミラー５７，第３シリンダレンズ５８とから構威
されている． そのＬＤユニット５０は、内部にレーザダイオード（以
下ｒＬＤＪという）と，このＬＤから射出される発散性
ビームを平行光ビームにするコリメータレンズと、ビー
ムの太さを規制するアパーチャとを一体に組込んだもの
である． 第１シリンダレンズ３はＬＤユニット５０から射出され
た平行光ビームの或る方向或分をサブ偏向素子４上に結
像する作用を有し、この第４図に示した例では第１，第
２，第３のシリンダレンズ３，７．５８はすべてビーム
の副走査方向の成分のみを処理し，主走査方向或分はシ
リンダレンズの影響を受けない． サブ偏向素子４は画像データに応じて入射するビームを
副走査方向に偏向する． 偏向されたビームは第１ミラー５３で反射し、ビーム断
面変調手段６によりその偏向量に応じて断面変調されて
第２シリンダレンズ７に入射する．第２シリンダレンズ
７は、入射したビームの副走査方向或分をポリゴンミラ
−５５の反射面５５ａに結像させる． ポリゴンミラ−５５により反射され主走査方向に繰返し
偏向されるビームは、ｆθレンズ５６により平行であっ
たその主走査方向或分が矢示Ｂ方向に回転する感光体ド
ラム１５の面上に結像するように屈折された後、第２ミ
ラー５７で反射され、第３シリンダレンズ５８を透過し
て感光体ドラム１５に到達する． 第３シリンダレンズ５８は、透過するビームの副走査方
向或分を感光体ドラム１５上に結像するから、ビームは
スポットに結像して感光体ドラム１５の主走査線１５ａ
上を矢示Ｃ方向に主走査する． 第ｌシリンダレンズ３によりサブ偏向素子４上に結ばれ
たビームの副走査方向威分は、第２シリンダレンズ７に
より再びポリゴンミラ−５５の反射面５５ａ上に結ばれ
、さらにｆｅレンズ５６，第３シリンダレンズ５８によ
り感光体ドラム１５の主走査ＩＩＡ１５ａ上に三たび結
像されているから、サブ偏向素子４とメイン偏光器８（
の反射面５５ａ）と感光体ドラム１５（の主走査面）と
は互に光学的共軛位置にある． 多階調画像でない２値画像の文字，線図等の通常プリン
トモードの時は、サブ偏向素子４による偏向量は、ビー
ムがビーム断面変調手段６の影響を受けないような位置
を通るように固定され，ＬＤユニットからは２値画像デ
ータによりオンオフされたレーザビームが出力されて画
像を形成する． 第１図は、この発明による多階調画像形威の原理を説明
するための基本的構成図であり、メイン偏向器８，ｆθ
レンズ５６等主走査関係と光軸方向を変えるミラー関係
の部分を省略している。

また、第１図は光軸を含むサブ偏向素子４による偏向面
を示し、光学系はビームの紙面と平行な成分について考
えており、ビームの紙面と直交する成分は最終的にスポ
ット結像面に結像すればよいのでその光学系も省略して
いる． レーザ光源である図示しないレーザダイオード（以下ｒ
ＬＤＪという）を含み平行ビームを出力するＬＤユニッ
ト５０は、レーザ出力制御手段であるＬＤドライバ２に
制御され、画像データ（階調データと同じ）に応じた光
量のビームを出力する． ＬＤユニット５０から出力された平行ビームは、第１シ
リンダレンズ３の焦点にあるサブ偏向素子４に結像され
た後、第２シリンダレンズ７により再びスポット結像面
９に結像される． すなわち，サブ偏向素子４とスポット結像面９とは、第
２シリンダレンズ７により光学的共軛位置にあり、した
がって、スポット結像面９は第４図に示した感光体ドラ
ム１５の面に相当する．サブ偏向素子４は、サブ偏向素
子制御手段であるサブ偏向ドライバ５により、画像デー
タに応じてビームの偏向量が制御される． サブ偏向素子４は、後述する例えば音響光学素子，光電
偏向素子等により構威されている．サブ偏向素子４によ
り偏向されたビームは，次にその偏向量に応じて、同じ
く後述する例えば遮光板，光学フィルタ，レフレクタ等
から構威されるビーム断面変調手段６により，そのビー
ム断面の形状あるいは光量分布が変化（これを「断面変
調』という）される． 断面変調されたビームは、第２シリンダレンズ７により
スポット結像面９上にスポットとして結像されるが、ビ
ーム断面が断面変調により変化した形状あるいは光量分
布すなわちビーム断面の状態に応じたスポット全光量の
減少と、同じくビーム断面の状態に応じた光の回折によ
る拡がりの変化とが発生する． ここで、スポットの照度分布はガウス分布曲線に極めて
よく近似しているから，スポットの「拡がり」をピーク
照度の点を中心として、照度がピーク照度に対して一定
の割合例えば５０％，２５％あるいはｅ−”　＝　１　
３　．　５％以上の領域と定義すれば、断面変調によっ
て拡がりは増大するが、その照度の絶対値は減少するこ
とになる． 感光体面すなわちスポット結像面９の光学的共軛位置に
あるサブ偏向素子４でスポットに結像したビームは再び
拡がり始め、光学的共軛位置から離れて配置されたビー
ム断面変調手段６においてはその断面が或る拡がりをも
つが、断面変調を受ける前の断面では、その光量分布も
またガウス分布によく近似したものである． したがって，偏向量に応じてシフトしたビーム断面の光
量分布に、光学フィルタ（レフレクタ）の透過（反射）
率の分布特性あるいは遮光板のエッジの位置を重ねるこ
とにより，偏向量に応じた断面変調後のビーム断面の（
形状を含めた）光量分布が得られる． つぎに，そのようにして得られたビーム断面の光量分布
をフーリエ変換することにより、スポット結像面９上の
スポットの照度分布が計算され、そのピーク照度および
拡がりが求められるから、偏向量に応じてピーク照度を
一定にするためにＬＤユニット５口の出力をどれだけ上
げればよいかが分る． 入力値に対するサブ偏向素子４の偏向量は、サブ偏向素
子の構或により異なるが予め分っているから．最終的に
画像データに対する最適のスポットを得るための偏向量
を決めて、サブ偏向ドライバ５により制御することが出
来る． したがって．ＬＤユニット５０の出力も画像データに応
じてＬＤドライバ２によりピーク光量を略一定に制御す
ることが出来る． 第５図は、サブ偏向素子４として音響光学素子４ａを、
ビーム断面変調手段６として遮光板６ａをそれぞれ使用
し、ビームを副走査方向に偏向するようにした第ｌ実施
例を示す概略構威図である．この第５図では、主走査方
向が紙面に直交することになるので、メイン偏向器８は
反射面を代表する直線で示し、それより右側は反射後の
部分を示したものである． 既に知られているように、透明媒質内に一方から超音波
を入力し、反対面からの反射波と干渉して発生した定在
波の節と腹における屈折率の差により，超音波の波長の
１／２のピッチの解析格子が生或される． 音響光学素子４ａはこの回折格子をビームの偏向に利用
するものであり，回折格子に光が入射するとそのまま直
進する０次光の両側にそれぞれ１次，２次・・・・・・
と−１次，−２次・・・・・・の回折光がそれぞれ異な
る偏向角で発生し、高次光ほど偏向角が大きくなるが光
量が急激に弱くなるので、通常は正負いづれか一方の１
次光が使用されている．その偏向角は，超音波の波長に
反比例すなわち周波数に比例しているから，周波数を変
えることにより偏向角を制御出来る． したがって、０次および他の高次光の混入を防ぐために
、当初から基準の（断面変調しない）光軸を曲げて置く
，すなわち通常の２値画像形成時にも或る周波数ｆＯの
格子をつくっておき、多階調画像形成時には超音波の周
波数をｆＯからシフトして偏向量を制御する必要がある
． サ・ブ偏向ドライバ５ａは、画像データに応じ、音響光
学素子４ａに対して上記のような制御を行なう。

第５図に示した第１実施例は、ＬＤユニット５０，ＬＤ
ドライバ２と、音響光学素子４　ａ　ｔサブ偏向ドライ
バ５ａと，画像データを入力しＬＤドライバ２とサブ偏
向ドライバ５ａとが制御し易い形の変換データに変換し
てそれぞれに出刀するデータ変換回路Ｂｏａ　（この作
用については後述）と、断面変調手段６である遮光板６
ａと，それぞれ副走査方向にパワーをもつ第１，第２の
シリンダレンズ３ａ，７ａと、メイン偏向器８，ｆθレ
ンズ５８ａおよび感光体ドラム１５とがら構成されてい
る。

ＬＤユニット５０は、レーザ光源であるレーザダイオー
ド１と、レーザダイオード１から出力される発散ビーム
を平行光ビームにするコリメータレンズ５１と、平行光
になったレーザビームの太さを含み断面形状を規制する
アパーチャ５２とから構成され、アパーチャ５２により
規制された平行光ビームを出力する． アパーチャ５２は通常は円または方形の窓を有している
が、断面変調に適するように変形の窓にする場合もある
． 第ｌシリンダレンズ３ａは平行光ビームの副走査方向成
分を音響光学素子４ａ上に結像する．音響光学素子４ａ
で曲げられたビームは、断面無変調時には破線で示した
ように拡がりながら第２シリンダレンズ７ａに入射し，
第２シリンダレンズ７ａによりメイン偏向器８に再び結
像される。

遮光板６ａは音響光学素子４ａと第２シリンダレンズ７
ａとの間にあって、この破線で示したビームの近傍で，
ビームにかからないような位置に設けられている． メイン偏光器８により主走査方向に偏向されたビームは
、ｆθレンズ５８ａにより主走査方向或分も副走査方向
威分も共に感光体ドラム１５上に結像され、スポットと
なって主走査される．多階調画像形成時に，画像データ
に応じて周波数をｆＯから高い方にシフトしてゆくとビ
ームの偏向量が増大してゆくから、ビームは実線で示し
たように上方へ偏向し，その一部が遮光板６ａにより遮
ぎられ，断面変調された残りの部分が第２シリンダレン
ズ７ａによりメイン偏光器８に結像し、ｆθレンズ５６
ａによって感光体ドラム１５上に再結像する． 第６図は断面変調による各部断面における照度分布の変
化の一例を示す線図であり、それぞれ縦軸には照度，横
軸にはビームまたはスポットの中心を原点としたサブ偏
向方向の座標をとって示している． 第６図（ａ）は、断面変調前のレーザビームの照度分布
を、ビーム中心のピーク照度を１にノーマライズして示
した線図である。

既に説明したように、レーザビームの照度分布はガウス
分布と見倣すことが出来るから，ノーマライズした照度
ｙはビーム中心からの距離をＸとすれば次式で表わされ
る。

ｙ＝ａｘｐ　（−２ｘ”／ｗ”） ここで、ｘ＝ｗの時にｙ＝ｅ″すなわち０．ｌ３５にな
り、Ｗは一般にレーザビームの有効半径と定義されてい
る定数である．したがって、Ｗが大きければビーム有効
径あるいはスポット径も大きい。

第６図（ａ）において，偏向量が大きくビームの中心か
ら右側が遮光された状態をＡ，偏向量が小さく断面変調
されない状態をＥとし、その中間のＷ／４，Ｗ／２，Ｗ
から右側が遮光された状態をそれぞれＢ，Ｃ，Ｄとする
． 第６図（ｂ）は、断面変調直後の照度分布を示した線図
であり、スポットのピーク照度が揃うようにレーザ光源
の出力を光量変調した場合の相対照度を縦軸しごとって
いる。

例えば、ビーム断面の１／２が遮光されたＡは、断面無
変調のＥに比べて出力が４倍になっている．第６図（ｃ
）は、断面変調されたビームによるスポットの照度分布
を示した線図であり，Ａ乃至Ｅの照度分布はそれぞれ同
図（ｂ）に示した照度分布をフーリエ変換して得られた
結果である．この結果から明かにように、光量変調によ
りピーク照度が等しく，断面変調により拡がりの異なっ
たスポットが得られる． これらのスポットの照度分布もまたガウス分布になって
いて、ピーク照度の揃った即ちノーマライズされたこと
により，どのレベルでスライスしてもＡ乃至ＤのＥに対
するスポット径の比は変化しないから、環境条件その他
により感光体の感度（濃度／照度）の変化により画像全
体の濃度が変っても，階調自体は影響を受けない． ピーク照度を一定に揃える効果はこの点にあるが、実用
上は画像データによってピーク照度が多少変動しても実
害は認められないから，ピーク照度は略一定に保たれれ
ばよい． 第７図は、断面変調によるスポットの変化の一例を示す
説明図であり、無変調のＥから深い変調がかかったＡま
で、変調が深まるにつれてスポット径が増大し、レーザ
ダイオードの出力が大きくなる傾向を示している． 一般に、このようにして得られた画像の階調と画像デー
タが示す階調との直線性を保つために、画像データと偏
向量との関係、および偏向量と出力変調との関係あるい
は画像データと出力変調との関係は必ずしもリニアには
ならない。

したがって、ＬＤドライバ２およびサブ偏向ドライバ５
ａがそれぞれレーザダイオード１および音響光学素子５
ａを制御し易いように、画像データをそのまま入力する
代りに、画像データを変換した変換データを入力する方
がよい場合がある。

データ変換回路６０ａはそのために設けられた回路であ
り，例えばダイオードマトリクス等で構或することによ
り、画像データを任意な変換データに変換して、それぞ
れＬＤドライバ２およびサブ偏向ドライバ５ａに出力す
る． また、偏向量と出力変調量との関係を調整したり、変調
された断面の形状を整えるため、遮光板６ａのエッジは
必ずしも第８図（ａ）に示すような直線であるとは限ら
ず、同図（ｂ）に示すようにカーブを持たせてもよい．
このカーブを持った遮光板６ａの場合は、その遮光板６
ａの代りに例えば円型に構成した第２シリンダレンズ７
ａの鏡枠を使用してもよい． 第９図は、サブ偏向素子４として光電偏向素子４ｂを、
ビーム断面変調手段６として光学フィルタ（以下『フィ
ルタ』という）６ｂをそれぞれ使用し、ビームを主走査
方向に偏向するようにした第２実施例を示す概略構戒図
であり、副走査方向が紙面と直交することになる． 既に知られているように、電場内に置かれた例えばＰＬ
ＺＴセラミックスなど電場の強さに応じて屈折率が変化
する透明媒体がある． この透明媒体をプリズムとして、屈折率が近似する通常
の光学ガラスのプリズムと組合せた直方体を構成し、光
の進向方向と直角に電圧をかけることにより、電圧に応
じて光を偏向することが出来る． この場合は、無偏向の時に電圧をかける必要がなく、光
軸も一直線になるが、電場方向の偏光或分とそれに直交
する偏光成分とでは偏向角が異なる性質があるから，図
示しないポラライザと組合せて何れか偏向角（の絶対値
）の大きい偏光成分のみを利用する。

第９図に示した第２実施例は、ＬＤユニット５Ｑ，ＬＤ
ドライバ２と、光電偏向素子４ｂ，サブ偏向ドライバ５
ｂと、データ変換回路６０ｂと、断面変調手段６である
フィルタ６ｂと、それぞれ主走査方向にパワーをもつ第
１，第２のシリンダタレンズ３ｂ，７ｂと、メイン偏向
器８，ｆθレンズ５８ｂおよび感光体ドラム１５とから
構成されている． この場合、光電偏向素子４ｂによる偏向方向が主走査方
向であるため，第２シリンダレンズ７ｂは光電偏向素子
４ｂから発散光として射出されるビームを、メイン偏向
器８に結像せずに、平行または平行に近いビームに変え
る点が第ｌ実施例と異なる． また、ビームの副走査方向の威分は図示しないシリンダ
レンズ等によりメイン偏向器８上に結像される． したがって、ｆθレンズ５８ｂも第ｌ実施例のｆθレン
ズ５Ｂ＆とは異なったものになっている。

さらに、サブ偏向素子４の特性のちがいに応じてサブ偏
向ドライバ５ｂと，従ってデータ変換回路６０ｂとは、
それぞれサブ偏向ドライバ５ａ，データ変換回路６０ａ
と目的は同じであるが，それぞれ異なる特性を有するこ
とは勿論である。

以上のもの及び後述するフィルタ６ｂ以外のものは、同
一符号を付したものは同一部分，添字のみ異なる符号を
付したものは同等部分であり、説明を省略する。

フィルタ６ｂは、そこに入射するビームの有効径内でそ
の透過率が変化する、即ち無変調の透明部分および殆ん
どビームを透過しない部分を除いて、ビームの有効径の
両端では比較的大幅に透過率が変るような分布特性を有
するフィルタである．レフレクタは反射によって光軸方
向が変る以外は、透過率を反射率に置き換えればフィル
タと同等であるから、説明を省略する。

第１０図はフィルタ６ｂの透過率分布特性の一例を示す
線図であり、横軸に主走査方向の座標、縦軸に透過率を
とっている。

同図に示したフィルタ６ｂは、横軸原点から左側は透明
部分であり、右側はガウス分布曲線の片側と一致する透
過率特性を有する。

第１１図は断面変調による各部断面における照度分布の
変化を示す線図であり、同図（ａ），（ｂ）はそれぞれ
第６図（ｂ），（Ｃ）に対応し，断面変調前の照度分布
は第６図（ａ）と同等であるから省略する． ただし、第６図（ａ）に示したＡ乃至Ｅに相当する点は
、第１０図において入射するビーム中心位置を示すＡ乃
至Ｆ点であり、Ｆが無変調の場合の位置である． 第１１図（ａ）においてＦ以外のビーム中心が原点０か
らずれているように見えるが，フィルタによる断面変調
でピーク照度がビーム中心からずれた為であり、第６図
（ｂ）と同様にビーム中心は原点にある．また、スポッ
トにおけるピーク照度が一定になるように光量変調され
た照度分布である点も同様である． 第１１図（ｂ）に示したスポットの照度分布も、第ａｍ
ｌ（ｃ）と同様に断面変調が深くなるほどスポットのサ
イズが増大する． また、第１実施例と異なりビームの偏向方向の威分がメ
イン偏向器８に結像していないが，光電偏向素子４ｂと
感光体ドラム１５とは，第２シリンダレンズ７ｂとｆθ
レンズ５６ｂとにより光学的共軛位置にあるから、光電
偏向素子４ｂによりビームが偏向されてもスポットの位
置は変らない。

以上説明したように、この発明によれば，ドット単位で
高速偏向するサブ偏向素子を感光体面と光学的共軛位置
またはその近傍に配置して，画像データ（階調データ）
に応じてビームを偏向し、その偏向されたビームを遮光
板またはフィルタ，レフレクタ等のビーム断面変調手段
により断面変調することによりスポットの拡がり（ガウ
ス分布におけるＷ）を変える。

したがって、面積階調法のように高階調画像になるほど
解像力が低下することがなく、ＰＷＭのように本来の画
像クロツクより高い周波数の信号を取扱う必要がない． さらに、この断面変調による光量低下はスポットのピー
ク照度が略一定になるようにレーザ出力制御手段が制御
しているから、スポットは常にピーク照度でノーマライ
ズされた状態になっている．したがって、ＰＡＭのよう
に環境条件の変動等による影響を受けることがなく、ド
ットサイズの変化すなわち階調表現の幅をさらに大きく
とることが出来る。

また、以上この発明をレーザプリンタに実施した例につ
いて説明したが、この発明はレーザプリンタに限定され
るものではなく、デジタル複写機，高速ファクシミリ等
のＯＡ機器に内蔵されたレーザ走査型画像形成装置に適
用し得ることはいうまでもない， さらに．感光体は電子写真法の例えばＯＰＣ（有機感光
体）のみならず、例えば印刷製版に使用される写真フイ
ルムのような銀塩感光体であってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によるレーザ走査型画像
形戒装置は、クロツク周波数の高城化を招くことなく、
高画質の画像すなわち高解像，高階調画像を形成するこ
とが出来る．

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による多階調画像形戒の原理を説明す
るための基本的構成図， 第２図はこの発明の一実施例を示すレーザプリンタの内
部機構の概略構或図， 第３図は同じくその制御部の一例を示すブロック図、 第４図は同じくその書込ユニットの要部斜視図、第５図
は同じくその断面変調部分の第１実施例を示す概略構威
図、 第６図は同じくその第ｌ実施例の各部断面の照度分布の
一例を示す線図、 第７図は同じくそのスポットの変化の一例を示す説明図
、 第８図は同じくその遮光板のエッジの形状例を示す平面
図、 第９図は同じくその断面変調部分の第２実施例を示す概
略構或図、 第１０図は同じくその第２実施例の光学フィルタの透過
率分布特性の一例を示す線図、 第１１図は同じくその各部断面の照度分布の一例を示す
線図である。 １・・・レーザダイオード（ＬＤ；レーザ光源）２・・
・ＬＤドライバ（レーザ出力制御手段）５，　３ａｔ　
３ｂ・・・第ｌシリンダレンズ４・・・サブ偏向素子 ４ａ・・・音響光学素子　　　４ｂ・・・光電偏向素子
ｓ，５ａｔ　５ｂ・・・サブ偏向ドライバ（サブ偏向素
子制御手段） ６・・・ビーム断面変調手段 ６ａ・・・遮光板　　　　　　６ｂ・・・光学フィルタ
７．７ａｔ　７ｂ・・・第２シリンダレンズ８・・・メ
イン偏向器 ９・・・スポット結像面（感光体面） １５・・・感光体ドラム　　　２６・・・書込ユニット
３０・・・コントローラ　　　３８・・・ホストマシン
５０・・・ＬＤユニット　　　５５・・・ポリゴンミラ
ー５　Ｂ　．　５　６　ａ　，　５　６　ｂ−ｆθレン
ズＢｏａ，６０ｂ・・・データ変換回路 第３図 ３Ｂ 第４ 図 第６ 図 第７ 図 無変調 ー−べ断面変調ト呻最大変調 最小 ーベ光量変調声呻 最大 第８ 図 （Ｑ） （ｂ） 密　９　＠◆−− 匪 瑞 ０ 匪 題 Ｏ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　画像データに応じてレーザ光源から出力される光量
   変調されたレーザビームをメイン偏向器により主走査方
   向に偏向し、相対的に副走査方向に移動する感光体上を
   スポットとして走査することにより画像を形成するレー
   ザ走査型画像形成装置において、 前記スポットが走査する感光体面の光学的共軛位置また
   はその近傍に配置して、前記レーザビームをドット単位
   で高速偏向するサブ偏向素子と、そのサブ偏向素子によ
   るレーザビームの偏向量を画像データに応じて制御する
   サブ偏向素子制御手段と、 前記感光体面の光学的共軛位置から離れて配置し、前記
   サブ偏向素子により偏向されたレーザビームの断面の形
   状またはその光量分布をその偏向量に応じて断面変調す
   るビーム断面変調手段と、そのビーム断面変調手段によ
   り断面変調されたレーザビームが前記感光体上に形成す
   るスポットの照度分布のピーク照度が略一定になるよう
   に、前記レーザ光源の出力光量を制御するレーザ出力制
   御手段とを設けたことを特徴とするレーザ走査型面像形
   成装置。 ２　請求項１記載のレーザ走査型画像形成装置において
   、前記ビーム断面変調手段を、前記サブ偏向素子による
   レーザビームの偏向量に応じてその断面の一部を遮光す
   る遮光板により構成したことを特徴とするレーザ走査型
   画像形成装置。 ３　請求項１記載のレーザ走査型画像形成装置において
   、前記ビーム断面変調手段を、その配置された位置にお
   ける前記レーザビームの有効径内でその透過率または反
   射率が変化するような主としてサブ偏向方向の分布特性
   を有する光学フィルタまたはレフレクタにより構成した
   ことを特徴とするレーザ走査型画像形成装置。